Какое свойство нефти используют перекачивая по нефтепроводу

Нефть – ценнейшее сырье для развития всех отраслей народного хозяйства. СССР занимает одно из ведущих мест в мире, по объему добычи нефти. В условиях чрезвычайной разбросанности потребителей нефти, особое значение приобретает нефтепроводный транспорт.

География добычи, переработки нефти и потребления нефтепродуктов, определяет направление основных грузопотоков. Современный магистральный нефтепровод – сложное инженерное сооружение, предназначенное для транспортирования нефти из районов добычи на нефтеперерабатывающие заводы и пункты налива, откуда нефть железнодорожным или водным путем подается потребителю.

Состав сооружений магистрального нефтепровода

Перед нами схема магистрального нефтепровода, включающая линейную часть, главную и промежуточные насосные станции, и конечные пункты. Линейную часть нефтепровода обычно сваривают из стальных труб диаметром от 250 до 1220 мм. Диаметр трубопровода выбирают в зависимости от количества перекачиваемого продукта и расстояния между станциями.

Глубину заложения нефтепровода определяют исходя из климатических и географических условий. Она должна быть не менее 0,8 м, считая от верхней кромки трубы. Установленная на линейной части запорная арматура служит для перекрытия трубопровода при авариях или его ремонте.

Основным назначением станции катодной защиты и протекторов является предохранение трубопровода от коррозии. Станции катодной защиты располагают по трассе через каждые 8-15 км. Они позволяют с помощью внешнего источника постоянного тока накладывать на трубопровод отрицательный по отношению к земле потенциал. Отрицательный полюс источника энергии соединяют с трубой, а положительный подключают к анодным заземлителям.

На схеме мы видим эпюру распределения электрического потенциала вдоль трубопровода. При поддержании и потенциала на определенном уровне, условий для появления коррозии не возникает. На участке нефтепровода, где отсутствует электроэнергия применяют протекторную защиту.

Протектор представляет собой электрод из металла более активного, чем сталь. Поэтому потенциал протектора ниже потенциала стали. Протектор укладывают в землю и соединяют с трубопроводом, создавая тем самым разность потенциалов, необходимых для защиты трубопровода от коррозии.

К линейным сооружениям нефтепровода относятся также переходы под железной дорогой и через водные препятствия. Вдоль трубопровода прокладываются кабельные или релейные линии связи, вдольтрассовая дорога.

Длина линейной части крупного нефтепровода нередко составляет несколько тысяч километров.

Оборудование головной насосной станции

Головная насосная станция – сердце всего магистрального нефтепровода. Сюда по трубопроводам нефть поступает из районов добычи для последующей ее перекачки.

Основными сооружениями станции являются: 

• Резервуарный парк,
• Подпорная и основная насосные станции,
• Камера пуска-приема скребка,
• Узел учета нефти
• Другие сооружения и административно-хозяйственные помещения.

Теперь более подробно познакомимся с основными из них. Главное назначение резервуарного парка – создать необходимый запас нефти для ритмичной работы нефтепровода. Резервуарный парк состоит из металлических наземных резервуаров, вокруг которых предусматривают земляные обваловывания.

Защита днища и нижнего пояса стальных резервуаров от коррозии, вызываемой подтоварной водой, осуществляется комплексно с применением протекторов и специальных покрытий. Подпорные насосы служат для создания давления, достаточного для безкавитационной работы магистрального центробежного насоса.

На головной станции устанавливают от 2 до 4 подпорных насосов низкого давления. Движущаяся по трубопроводу нефть заполняет резервуар, из которого она, проходя через фильтры грязеуловители, подается на входной патрубок насоса.

Заполняя полость насоса, нефть попадает на его рабочий орган – колесо. За счет вращения колеса нефть получает кинетическую энергию, преобразуемую в напор. Основная насосная станция находится в здании, в котором размещаются залы с магистральными насосами и с электродвигателями. Или, в зависимости от исполнения электродвигателей, имеется общий зал. Это оборудование служит для того, чтобы создать давление нефти способное переместить ее по трубопроводу до следующей насосной станции.

Величина давления выбирается в зависимости от длины участка и профиля трассы. В насосном зале устанавливают четыре агрегата, один из которых является резервным. Современные магистральные насосы развивают напор до 190-260 метров, и имеют подачу до 12 500 кубических метров в час.

Сначала нефть подается во всасывающую полость насоса, а затем попадает на его рабочее колесо. Прокладка между корпусом и крышкой насоса и торцевые уплотнения вала, делают его герметичным и препятствуют выходу нефти наружу. Основными преимуществами центробежных насосов являются простота конструкции и сравнительно малый вес. Кроме того, они обеспечивает равномерный, не пульсирующий напор, имеют привод непосредственно от электродвигателя, без сложных и громоздких редукторов.

Электродвигатели с корпусами во взрывозащищенном исполнении устанавливают в одном помещении с насосами. При использовании электродвигателей, имеющих обычное, нормальное исполнение, их располагают в смежном помещении, отделенным от насосного зала непроницаемой перегородкой.

Кроме основных насосных агрегатов на станции устанавливают вспомогательные системы, обеспечивающие условия для нормальной работы технологического оборудования. К ним относятся системы смазки подшипников, разгрузки и откачки утечки нефти, системы регулирования давления.

Оборудование системы смазки подшипников обеспечивает централизованную смазку насосного агрегата. И включает маслобаки, трубопроводы, насосы с электроприводом и маслоохладители. При работе насоса допускаются незначительные утечки нефти через уплотнительные устройства вала. При этом нефть поступает в резервуар сбора утечек, а оттуда откачивается погружными насосами.

Насосная станция – наиболее сложное и ответственное звено магистрального нефтепровода, на котором сосредоточен основной объем средств автоматики. С их помощью осуществляется управление, контроль и защита основного и вспомогательного технологического оборудования станции. 

Режим работы нефтепровода

Перекачка нефти по магистральному трубопроводу может быть постанционной или транзитной. При постанционной перекачке, нефть поступает в порожний резервуар станции до полного его заполнения. Откачка нефти производится из заполненного резервуара. После того как первый резервуар наполнится, а второй станет порожним, резервуары переключаются и цикл повторяется.

Различают три способа транзитной перекачки нефти. Перекачка через резервуар характеризуется последовательным включением резервуара на входе промежуточной станции таким образом, что вся поступающая на вход насоса нефть проходит через резервуар. При перекачке нефти с подключенной емкостью, резервуар соединяют с трубопроводом через ответвление параллельно насосом станции.

Перекачиваемая нефть поступает на вход насоса. При различных количествах поступления и откачки, эта разница компенсируется за счет нефти из резервуара. В рассмотренных способах имеются потери легких фракций нефти за счет испарения из резервуаров.

Наиболее прогрессивным способом перекачки, позволяющим избежать потерь нефти, является работа нефтепровода в режиме «из насоса в насос». Здесь нефть, поступающая с предыдущей станции, подается на вход насосов к следующей станции, минуя резервуар.

Автоматическое регулирование давления на насосной станции и защита от гидроударов.

При работе в режиме «из насоса в насос», магистральный нефтепровод является как бы единой гидравлической системой, при которой возмущение, возникающее на одном участке трубопровода, передается последовательно другим участкам. В зависимости от характера возмущения и возникновения при этом перегрузок, применяются различные методы борьбы с возмущением.

Например, при отключении агрегата на одной из насосных станций, возникает небольшое возмущение, для устранения которого на насосных станциях магистральных нефтепроводов устанавливают систему автоматического регулирования давления. Основная задача системы – поддерживать установленные параметры работы насосной станции, давление на входе и выходе станции и подачу нефти.

Для борьбы с сильными возмущениями происходящими при полном отключении одной из промежуточных насосных станций или резком перекрытии магистрали трубы задвижкой устанавливают систему защиты нефтепровода от гидравлического удара.

Так, при полном отключении насосной станции, давление на ее выходе начинает снижаться, а на входе быстро возрастать. Это вызывает появление крутой гидравлической ударной волны, которая распространяется по трубопроводу, в направлении к предыдущей станции. Гидравлический удар может привести к разрыву стенок трубопровода или поломки насосов. Для защиты магистрального нефтепровода от таких резких перегрузок, на его промежуточных станциях и устанавливают систему защиты трубопровода от гидравлического удара.

Основным элементом этой системы является малоинерционный клапан сброса нефти. Корпус клапана разделен на две камеры с отверстиями. Одна из камер подключена к трубопроводу, другая – к резервуару. На обе камеры натянут эластичный шланг, препятствующий прохождению нефти из одной камеры в другую. Степень прижатия шланга к камере определяется давлением воздуха в воздушной полости клапана.

При установившемся режиме работы нефтепровода и при медленном изменении давления в нём, давление воздуха в полости клапана равно давлению нефти в трубопроводе и клапан плотно закрыт шлангом.

При быстром возрастании давления нефти в трубопроводе, происходит задержка передачи давления жидкости и воздуха.

В результате, давление нефти в камере становится больше чем давление воздуха в полости клапана.

Клапан открывается и часть нефти из трубопровода разбрасывается в резервуар.

Как только давление нефти снизится, система возвращается в исходное положение и клапан закрывается.

Очистка нефтепровода от внутренних отложений

В процессе эксплуатации, в полости нефтепровода накапливаются вода, парафин, механические примеси и другие отложения, которые приводят к снижению пропускной способности трубопровода и увеличению затрат на перекачку нефти.

Для очистки нефтепровода от отложений, используют различные очистные устройства –

• Шаровые разделители,
• Поршни,
• Щеточные скребки.

Рассмотрим устройство щеточного скребка. На его центральном валу установлены эластичные уплотнительные манжеты, пружины, подвижные муфты, и щетки из проволочного ворса. Очистное устройство закладывают в камеру пуска скребка, откуда оно с потоком нефти поступает в нефтепровод.

Нефть создает давление на уплотнительные манжеты, в результате чего скребок сдвигается и заходит в трубопровод. Очистка его стенок осуществляется двумя рядами щеток, с целью перекрытия периметра трубы. Передний ряд щеток смещен относительно заднего. Специальные пружины плотно прижимают щетки к очищаемой поверхности. Коническая форма манжет и конструкции узла прижатия щеток, обеспечивают прохождение сужений, и компенсацию  износа щеток.

За прохождением очистного устройства вдоль трубопровода, следят приборы-сигнализаторы. После прихода скребка в камеру приёма, она отключается от магистрали и освобождается от нефти. Затем открывается концевой затвор, извлекаются отложения и само очистное устройство.

Сегодня магистральные нефтепроводы занимают значительное место в транспортной системе страны. На их долю приходится около 20% всех перевозок народнохозяйственных грузов.

Развитие нефтепроводного транспорта обусловлено значительной экономической выгодой перекачки нефти по трубам, по сравнению с другими видами транспорта.

См. также: